畢業(yè)論文-家用音響設計、制作

1、畢業(yè)設計(論文)說明書題 目： 家用音響設計、制作 院 （系）： 專 業(yè)： 學生姓名： 學 號： 指導教師： 職 稱： 摘 要隨著人們生活水平的進一步提高，高保真音響設備和家庭影院系統(tǒng)已經(jīng)逐步進入了人們的家庭，人們對娛樂消費類電子產(chǎn)品的需求欲望亦日漸高漲，建立適合自己口味的高保真夢幻組合和家庭影院也已經(jīng)不再是夢想。本論文將以性價比為導向，兼顧基本的高保真的技術指標，討論了適合一般家用的多媒體高保真功放。論文由淺至深，結合圖示介紹了家用音響的組成和相關知識，以及整個功放的工作過程的細節(jié)，內(nèi)容涉及輸入前置放大電路、音調(diào)控制和音色處理電路、功率放大電路、電源電路。同時還對各個主要芯片自身的特點及如何

2、去設計這個系統(tǒng)來滿足一定的技術指標進行了講解。論文盡可能通俗地來介紹家用音響，讓大家能從中學到基本的家用組合音響的知識的同時，還能學會如何制作高保真音頻放大器以及對音響器材選購作出正確的選擇。在技術層面上，系統(tǒng)主要是采用集成芯片來完成的，這個設計中用NS（National Semiconductor）公司帶有3D環(huán)繞聲場處理功能的LM4610N做音調(diào)芯片，通過改變直流控制電壓來實現(xiàn)音調(diào)控制；前置放大使用了曾經(jīng)的“運放之皇”NE5532，典型的增益為20dB；后級功率放大部分用的也是NS公司的一款經(jīng)典芯片LM1875芯片，每聲道兩片，駁接成橋式推挽BTL電路,以取得更大的功率以及更好的音效；此外

3、此音響還帶有無信號或定時智能關機的電源控制設計，以適應一般家用的使用習慣。在論文的后面部分，著重講述了制作和調(diào)試中遇到的軟件、硬件上的問題以及如何解決，并給出了音頻功率放大器性能指標的國家標準測量方法。這些可以成為大家制作過程中的一些的提示以及測試的依據(jù)。關鍵詞：3D環(huán)繞；集成芯片；直流電壓音調(diào)控制；BTL；無信號自動關機AbstractWith the development of peoples living standards, the hi-fi audio system and family video system have come into peoples life. Its

4、no longer a dream to establish a suitable and favorable hi-fi audio system as peoples desires for electronic products are becoming stronger.Under the guidance of the ratio between quality and price, considering the basic technical index, the essay discusses the ordinary multi- media hi-fi audio ampl

5、ifiers. The content of the essay develops from shallow to profound, and is illustrated with diagrams to introduce the structures and relative knowledge of the household audio system, and also the detailed working procedures, including the entry of front extending circus, volume controller, voice dea

6、ling circus, efficiency extending circus and supply circus. And meanwhile the essay describes the features of the main chip and also on how to use and to learn from this system.Ive tried my best to make the language of this essay easy and simple for readers, and with every wish that they can learn s

7、omething useful from my works: how to make an audio system, and how to choose the right materials for it.As per techniques, the design chiefly adopts the integrated chips. In this design, I adopted the NSs LM4610N with 3D voice encircling function as the leading chips, by changing the voltage of dir

8、ect circus to control the volume. The front amplifier is the “Master of amplifier” NE5532, with the typical increase 20dB. The rear efficiency amplifier also adopts NSs LM1875, every step two pieces, bridging into BTL push-pull circus so as to achieve the higher efficiency and better voice. Besides,

9、 for customers convenience, the system can timely be turned of f automatically when there is no signal.At the end of my essay, I also state about the difficulties and problems during my design and test, the ways to solves these problems and also offer some standard national testing approaches for re

10、aders references. Key words: 3D encircling; Integrated chips; Voltage controller of direct current; BTL; Automatically turned off without signal; 目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc137670676 引言 PAGEREF _Toc137670676 h 1 HYPERLINK l _Toc137670677 1家用音響系統(tǒng) PAGEREF _Toc137670677 h 1 HYPERLINK l _Toc137

11、670678 1.1 家用音響概述 PAGEREF _Toc137670678 h 1 HYPERLINK l _Toc137670679 1.2 家用音響系統(tǒng)組成 PAGEREF _Toc137670679 h 2 HYPERLINK l _Toc137670680 2 家用高保真功率放大器 PAGEREF _Toc137670680 h 3 HYPERLINK l _Toc137670681 2.1 功率放大器種類 PAGEREF _Toc137670681 h 3 HYPERLINK l _Toc137670682 2.2 高保真功率放大器主要技術指標 PAGEREF _Toc13767

12、0682 h 4 HYPERLINK l _Toc137670684 3 功放電源 PAGEREF _Toc137670684 h 7 HYPERLINK l _Toc137670685 3.1 功放電源概述 PAGEREF _Toc137670685 h 7 HYPERLINK l _Toc137670686 3.2 功放電源組成 PAGEREF _Toc137670686 h 7 HYPERLINK l _Toc137670687 3.3 整流濾波電路 PAGEREF _Toc137670687 h 9 HYPERLINK l _Toc137670688 3.4 穩(wěn)壓電路 PAGEREF

13、_Toc137670688 h 12 HYPERLINK l _Toc137670689 4 方案論證闡述及可行性分析 PAGEREF _Toc137670689 h 12 HYPERLINK l _Toc137670690 4.1 設計要求 PAGEREF _Toc137670690 h 12 HYPERLINK l _Toc137670691 4.2 方案論證 PAGEREF _Toc137670691 h 13 HYPERLINK l _Toc137670692 4.2.1音調(diào)芯片方案選定 PAGEREF _Toc137670692 h 13 HYPERLINK l _Toc137670

14、693 4.2.2前置放大器方案選定 PAGEREF _Toc137670693 h 13 HYPERLINK l _Toc137670694 4.2.3后級放大器方案選定 PAGEREF _Toc137670694 h 14 HYPERLINK l _Toc137670695 4.2.4電源方案選定 PAGEREF _Toc137670695 h 14 HYPERLINK l _Toc137670696 4.2.5定時智能控制方案選定 PAGEREF _Toc137670696 h 14 HYPERLINK l _Toc137670697 4.3 具體方案闡述 PAGEREF _Toc137

15、670697 h 14 HYPERLINK l _Toc137670698 4.3.1前級放大器方案闡述 PAGEREF _Toc137670698 h 14 HYPERLINK l _Toc137670699 4.3.2后級放大器方案闡述 PAGEREF _Toc137670699 h 18 HYPERLINK l _Toc137670700 4.2.5定時智能控制方案選定 PAGEREF _Toc137670700 h 21 HYPERLINK l _Toc137670701 5.2 電路板制作經(jīng)驗總結 PAGEREF _Toc137670701 h 23 HYPERLINK l _Toc

16、137670702 5.2.1制板步驟 PAGEREF _Toc137670702 h 23 HYPERLINK l _Toc137670703 5.2.2 Protel99se的使用經(jīng)驗總結 PAGEREF _Toc137670703 h 23 HYPERLINK l _Toc137670704 6 功放的調(diào)試 PAGEREF _Toc137670704 h 24 HYPERLINK l _Toc137670705 6.1 調(diào)試步驟 PAGEREF _Toc137670705 h 24 HYPERLINK l _Toc137670706 6.2 模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc137670

17、706 h 24 HYPERLINK l _Toc137670707 6.2.1電源調(diào)試 PAGEREF _Toc137670707 h 25 HYPERLINK l _Toc137670708 6.2.2后級功放模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc137670708 h 25 HYPERLINK l _Toc137670709 6.2.3前置放大模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc137670709 h 25 HYPERLINK l _Toc137670710 6.2.4前置音調(diào)模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc137670710 h 25 HYPERLINK l _Toc137670711 6

18、.2.5電源控制模塊調(diào)試 PAGEREF _Toc137670711 h 26 HYPERLINK l _Toc137670712 7.1 性能指標測試的必要性 PAGEREF _Toc137670712 h 26 HYPERLINK l _Toc137670713 7.2 主要性能指標測試 PAGEREF _Toc137670713 h 26 HYPERLINK l _Toc137670714 7.3 測試所用儀器 PAGEREF _Toc137670714 h 28 HYPERLINK l _Toc137670715 7.4 測試結論 PAGEREF _Toc137670715 h 28

19、HYPERLINK l _Toc137670716 8 總結 PAGEREF _Toc137670716 h 28 HYPERLINK l _Toc137670717 8.1 完成程度及使用說明 PAGEREF _Toc137670717 h 28 HYPERLINK l _Toc137670718 8.2 技術優(yōu)點 PAGEREF _Toc137670718 h 29 HYPERLINK l _Toc137670719 8.3 技術缺陷 PAGEREF _Toc137670719 h 29 HYPERLINK l _Toc137670720 謝 辭 PAGEREF _Toc137670720

20、 h 31 HYPERLINK l _Toc137670721 參考文獻 PAGEREF _Toc137670721 h 32 HYPERLINK l _Toc137670722 附 錄 PAGEREF _Toc137670722 h 33 HYPERLINK l _Toc137670723 附錄1電路原理圖 PAGEREF _Toc137670723 h 33 HYPERLINK l _Toc137670724 附錄2 PCB 圖 PAGEREF _Toc137670724 h 37 引言音樂這種傳遞人類感情的藝術形式，它是需要一種載體來表達，而最好表達的便是高保真音響，如實地還原音樂，表達

21、音樂。讓人們從完全真實的音樂重放中汲取音樂的靈魂。音響是心理學、建筑聲學、光學、電子學、計算機、自動控制及音樂等多學科相互滲透而形成的一門邊緣。它是一門技術，同時又是一門藝術，技術是手段，藝術是目的。裝 訂 線家庭高保真音響系統(tǒng)的最終目的是供人們欣賞音樂、戲劇及影視等藝術作品，因此設計時必須考慮到與人們的主觀因素緊密相關的音質(zhì)問題，這就是“高保真度”的概念。另外，人們?yōu)榱俗非笠魳窂d的聽音效果，又提出了立體聲的概念。隨著人們生活水平的提高，又出現(xiàn)了自娛自樂的卡拉OK音響系統(tǒng)。近幾年，家庭影院開始成為家庭電子消費的新時尚。隨著電子科學技術的發(fā)展，用于音響系統(tǒng)的器材和材料都有長足的進步和發(fā)展。裝 訂

22、 線在我國，進入家庭最早和普及率最高的音響器材當數(shù)收音機。在20多年以前，收音機曾以家庭時尚“三大件”的身份自居。時至今日，形形色色的高級音響設備也早已進入了普通百姓家。諸如CD、VCD、DVD、MD、MP3等等現(xiàn)代音響套餐無處不見。相比之下，哪怕是高檔次的收音機也很難再登當代家庭的大雅之堂！甚至一些當年酷愛收音機的“土老帽兒”，現(xiàn)如今也玩起了“Hi-Fi”“Hi-end”，成為新興發(fā)燒族中的一員。 現(xiàn)在的音響技術可以說是到達了一個相當成熟的階段。在技術如此成熟的環(huán)境下，從各種媒介能獲得相當多的技術支持。為了培養(yǎng)自己的動手能力，結合自己的興趣和一直以來對音樂的愛好，參考過相關電路后，設計并制作

23、一個適合家用的集成芯片HIFI音頻功率放大器。設計制作過程中考慮到滿足給定的技術指標，同時也盡量提高性價比。希望本論文能給音響初級愛好者帶來音響基本知識以及制作過程中的注意事項，要是能同時為普及音響事業(yè)的發(fā)展做一點點小推動就更好了。 家用音響系統(tǒng)1.1 家用音響概述家用音響設備包括收音機、錄音機、激光唱機、環(huán)繞聲處理器、卡拉OK機、功率放大器等，將這些單獨的音響設備組合起來，就夠成了組合音響；將組合音響與影碟機、大屏幕彩電結合起來，就購成了家庭影院，可營造出與專業(yè)影院相媲美的聲像效果。家庭高保真音響系統(tǒng)的最終目的是供人們欣賞音樂、戲劇及影視等藝術作品，因此設計時必須 考慮到與人們的主觀因素緊密

24、相關的音質(zhì)問題，這就是“高保真度”的概念。高保真度(High Fidelity，簡稱HiFi)是用于評價高質(zhì)量放音系統(tǒng)如實重現(xiàn)原有聲源特性的術語。高保真度是指重放聲音的各種畸變（失真）非常小，以致主觀感覺已無法分辨。高保真就是要求如實地記錄和重放原有聲源的特性而在主觀上不引起畸變的感覺。高保真放聲是指建立在客觀物理基礎上并得到大多數(shù)聽眾確認的音質(zhì)的聲音記錄重放系統(tǒng)，當然也包括對錄、放聲進行必要的加工，按照主觀愛好來美化聲音的技術（例如頻率校正、信號延時、人工混響等）其實，高保真度的定義并不是那么重要的。我們可以思考這個問題，高保真音響，它為什么要是高保真呢。因為它可以讓人們更好的去享受音樂，去

25、記錄逝去的聲音。那這本身就是一個主觀的過程。其實是不是真實的還原音樂本身并不是重要的，我覺得音樂這種藝術給每個獨立的不同的個人帶來的一個享受的過程，它是非常重要的，我們不能單單從技術角度來評論對一種藝術的看法。裝 訂 線音響是一個相當綜合的學科，也就是滲透型的學科，它綜合了相當多的學科在里面，比如模擬電路，信號處理，以及元器件的材料選擇涉及到的材料學，還要對聲音的各種運動、性質(zhì)闡述的聲學，還有設計中涉及到的模型處理等等，不一而足。總之，音響技術是向著高保真化、立體生化、環(huán)繞聲化、自動化、數(shù)字化技術方向發(fā)展的。裝 訂 線1.2 家用音響系統(tǒng)組成總的來說，家庭高保真音響系統(tǒng)由三大部件組成，即節(jié)目源

26、設備、功率放大器和揚聲器系統(tǒng)。1.2.1節(jié)目源設備節(jié)目源是指重播聲音時的信號源部分，一般都包括CD機、卡座、收音頭、視盤機、LP唱機、錄像機等，這些器材的共同特點是，均可通過機器自身將存錄于唱盤、卡帶乃至空間電波中的信號轉(zhuǎn)化為弱電信號播出，例如CD機可通過其內(nèi)部電路將刻在CD唱盤上的數(shù)碼信號轉(zhuǎn)化為模擬弱電信號，并從其輸出端輸出。音源送出的弱電信號，由于其電壓處于毫伏級，不能直接去推動音箱，所以，音源輸出信號就必先要經(jīng)過功放的放大，這就需要使用功放放大器。1.2.2功率放大器 放大器的任務是把節(jié)目源送來的比較微弱的信號充分放大，同時進行控制和修飾美化，以驅(qū)動揚聲器系統(tǒng)。放大器包括前置放大器、功率

27、放大器等。（1）前置放大器前置放大器位于后級功率放大器之前、信號源設備之后。它對改善整機特性，提高音質(zhì)、音色，以盡可能以理想的方式將高純度的音頻信號進行切換、放大與處理并輸入到功放級，具有極重要的作用。要達到高質(zhì)量的放大，并能獲得良好的信噪比，在前級放大器中對噪聲的抑制是非常重要的。因為在輸入1mV的音頻信號(例如話筒信號)中，如果混有0 .1mV的輕微噪聲，經(jīng)過1000倍的放大，此噪聲即可達到0.1V，輸入后級功率放大器后再經(jīng)過放大，此噪聲即會達到不能容忍的地步。因此，前級必須采取各種有效措施，以清除微弱的噪聲。其中信號源與前級之間一般均用屏蔽線進行連接。（2）后級功率放大器后級功率放大器的

28、作用是將來自前置放大器的信號放大到足夠能推動相應揚聲器系統(tǒng)所需的功率。就其功能來說遠比前置放大器簡單，就其消耗的電源功率來說遠比前置放大器大，因為功率放大的本質(zhì)就是將交流電能“轉(zhuǎn)化”為音頻信號，當然其中不可避免地會有能量損失，其中尤以甲類放大和電子管放大器為甚。后級功放部分，是進行單純功率的部分，它的作用就是盡可能地原原本本地放大來自于前級的信號，我們對后級的要求是，放大倍數(shù)盡可能地高，而放大后信號的失真程度應盡可能地小。裝 訂 線1.2.3揚聲器系統(tǒng)裝 訂 線音箱作為最終的還聲設備，將放大后的電信號轉(zhuǎn)換為聲信號，傳入我們的耳朵，一般來講一只音箱中含多個揚聲器單元。一對音箱，分左右兩聲道播放兩

29、路不同的信號構成立體聲效果，最終將一個聲場較為完整地展現(xiàn)于我們的面前。其實一個高保真音響，它是否讓發(fā)燒友們滿意還有很多因素，比如：前置放大器的輸入線纜，放置音響的房間墻壁，房間形狀，音箱之間的距離及擺位等等。不僅如此，就單線材，如果是非常發(fā)燒級的，就要幾千人民幣，不要說功放，音箱本身了。而能真正地欣賞高保真音響還需要一定的音樂素養(yǎng)。所以說高保真音響是一個生活水平上升之后的高級精神享受。2 家用高保真功率放大器由于高保真音響系統(tǒng)范圍太過廣泛，為了達到論文的針對性和專業(yè)性，該論文只集中闡述家用高保真功率放大器。2.1 功率放大器種類按放大器所使用的放大元件不同可以分為三種：電子管放大器、晶體管放大

30、器和集成電路放大器，目前在高保真領域中，晶體管和集成電路兩類放大器以其輕巧、省電和壽命長等許多優(yōu)點而占有絕對優(yōu)勢。2.1.1電子管放大器俗稱“膽機”。采用電子管作為放大級，主要優(yōu)點是：動態(tài)范圍大，線性好，音色甜美、悅耳溫順。電子管與晶體管的傳輸特性不同，兩者有一定差異，如因信號過大發(fā)生激勵（信號刺激超過承受范圍）時，電子管波形變化較和緩，晶體管的則不大平滑，直接影響音質(zhì)，又如電子管的放大多激發(fā)“偶次諧波”，這些“偶次諧波”與音質(zhì)無損，而晶體管放大器多激發(fā)“奇次諧波”，會引起聽感的不適。但電子管功放也存在兩個問題，一是內(nèi)阻大導致放大器阻尼系數(shù)小，影響瞬態(tài)特性，二是電子管需高壓供電，離不開變壓器，

31、變壓器不僅功耗大，還會導致失真，而且體積大，由于在汽車里面使用環(huán)境較為惡劣（高溫、振動、電源等問題）從而很大程度限制了膽機在汽車音響系統(tǒng)中的使用，因此在市場上流通率并不高。2.1.2晶體管放大器與電子管功放相比，晶體管功放具有更高的可靠性和更長久的耐用性。由于末級采用嚴格對稱的OCL互補推挽電路，進一步減少了因輸出變壓器而引起的種種噪聲干擾、頻響缺陷和諧波失真，從而令晶體管功放有極寬的頻率響應（低頻放大可直到直流信號，高頻可延伸至聽域極限）和極高的保真度（總諧波失真可輕易達到0.001%），阻尼系數(shù)非常高，瞬態(tài)響應也較電子管功放優(yōu)秀得多。聲音清脆開揚，極具穿透力且力度十足。特別音樂的背景噪聲音

32、寧靜達到寂靜無聲的至高境界。一般而言，晶體管音色較電子管硬朗、沖勁十足，最適合于人聲、重金屬打擊樂、現(xiàn)代搖滾樂、迪斯科舞曲以及大動態(tài)的重播。裝 訂 線它克服了電子管功放的兩個缺點，一是阻尼系數(shù)可做得很高，有良好的瞬態(tài)特性，在聲音的節(jié)奏感，力度上要比膽機明快、爽朗、有力；二是無需變壓器，不僅節(jié)省成本，縮小體積，而且避免了由變壓器所引起的失真。晶體管放大器是現(xiàn)時市場上汽車音響功率放大器的主流產(chǎn)品，品種繁多，檔次齊全，是車主選用的主要產(chǎn)品。裝 訂 線2.1.3集成電路放大器它的最突出優(yōu)點是可靠性高，外圍電路簡單，組裝方便，占用空間比較小，而且保護電路都內(nèi)置了，一般情況下不會發(fā)生燒毀器件的問題，不足之

33、處是電聲指標（功率、頻響、失真度、信噪比等）和音質(zhì)皆不如分立元件組成的放大器， 但是現(xiàn)在隨著集成芯片的進一步發(fā)展，差別也是越來越小了。由于集成放大器電路簡潔且容易調(diào)試，更適合剛?cè)腴T的電子愛好者自行制作，故本設計以其為重點作較詳細的講述。2.2 高保真功率放大器主要技術指標 高保真功率放大器的主要技術指標有額定輸出功率、總諧波失真、頻率響應、信噪比、瞬態(tài)響應、轉(zhuǎn)換速率、動態(tài)范圍等。2.2.1額定輸出功率與功率儲備放大器額定輸出功率也稱RMS功率或連續(xù)功率,是指在一定的失真范圍內(nèi),在喇叭阻抗一定的條件下,放大器輸出的最大功率，那么對于一臺音頻功率放大器來說，其額定輸出功率并不是惟一值，而是隨失真和

34、負載的不同而變化.以前人們往往將功率放大器的額定輸出功率定得和削波功率一樣高，這樣就嚴重影響了放音質(zhì)量，后來又規(guī)定額定功率應為削波功率的二分之一，但實踐證明額定功率仍然偏高，有的國家這樣規(guī)定：兩個聲道各驅(qū)動一個阻抗為8歐的揚聲器，在20-20000HZ范圍諧波失真小于1%時,測得的最大輸出功率的有效值，即為放大器的額定輸出功率。通過音樂節(jié)目的分析可以發(fā)現(xiàn)，音樂節(jié)目電平包絡中總會不時地出現(xiàn)一些短暫的高峰，這對放音的平均實際響度會有影響,但不是很大，不過放大器的削波功率需避開這些高峰,否則將產(chǎn)生削波，音樂節(jié)目會變得干燥，發(fā)硬，并產(chǎn)生所謂的“動態(tài)畸變”。要克服這種失真，音頻功率放大器的削波功率必須大

35、于額定功率的10倍，也就是說音頻功率放大器要有一定的功率儲備，一臺削波功率為80W的晶體管音頻功率放大器，其平均功率能用到45W左右，若削波功率為50W，則平均功率只能用到34W左右。而且在使用時，如果平均功率大于該數(shù)值，則功放的音質(zhì)會明顯下降。2.2.2總諧波失真裝 訂 線任何一個自然物理系統(tǒng)在受到外界的擾動后大都會出現(xiàn)一個呈衰減的周期性振動。舉例來說，一根半米長兩端固定的弦線在中間受到彈撥的話，會產(chǎn)生一個1米波長的振動波，稱為基波。弦線除了沿中心點作大幅度擺動外，線的本身也人作出許多肉眼很難察覺的細小振動，其頻率一般都是比基波高，而且不止一個頻率。其大小種類由弦線的物理特性決定。在物理學上

36、這些振動波被稱為諧波（Harmonics）。為了方便區(qū)別，由樂器所產(chǎn)生的諧波常稱為泛音（Overtone）。諧波除了由信號源產(chǎn)生外，在振動波傳播的時候如果遇上障礙物而產(chǎn)生反射，繞射和折射時同樣是會產(chǎn)生諧波的。裝 訂 線無論是基波或諧波本身都是“純正”的正弦波（注：正弦波是周期性函數(shù)，由正半周和負半周組成，但決不能將其負半周稱為負弦波）但它們合成在一起時卻會產(chǎn)生出許多奇形怪狀的波形。 放大器的線路充滿著各種各樣電子零件，接線和焊點，這些東西或多或少都會降低放大器的線性表現(xiàn)，當音樂信號通過放大器時，非線性特性會使音樂信號產(chǎn)生一定程度的扭曲變形，根據(jù)前述理論這相當于在信號中加入了一些諧波，所以這種信

37、號變形的失真被為諧波失真。諧波失真并非完全一無是處，膽機的聲音之所以柔美動聽，原因之一是膽機主要產(chǎn)生偶次諧波失真。即頻率是基波頻率2、4、6、8倍的諧波。在40年代時，有許多較“小型”的收音機故意加入相當程度的二次諧波失真。目的是制造“重低音”去取悅消費者。2.2.3頻率響應在眾多技術指標中，頻率響應是最為人們所熟悉的一種規(guī)格。一部分放大器而言。理論上只需要做到20至20000HZ頻率響應頻率就已足夠，但是真正的樂音中含有的泛圖2.1 ：放大器的通頻帶音（諧波）是有可能超越這個范圍的，雖然這些諧波，人類的耳朵根本就感覺不到，但是人類還是可以通過其他的途徑感知到這些諧波的存在。加上為了改善瞬態(tài)反

38、應的表現(xiàn)，所以對放大器要求有更高的頻率響應范圍，例如從10 Hz100 KHz等。習慣上對頻率響應范圍的規(guī)定是：當輸出電平在某個低頻點下降了3分貝，則該點為下限頻率，同樣在某個高頻點處下降了3分貝，則定為上限頻率。 按照一般的規(guī)定，高保真功率放大器的頻率響應為20Hz20kHz（3dB）。如圖2.1所示。2.2.4信噪比裝 訂 線信噪比（Signal Noise Ratio）是指信號通過音頻設備后增加的各種噪聲（如低頻哼聲、感應交流聲、咝咝聲等）于指定信號電平的dB差值，或信號幅度與噪聲幅度之比，由于值比較大，一般用分貝來表示其值，有時也以重放設備輸出的絕對噪聲電壓或電平值來表示，此時稱為噪聲

39、電平（這實際上也是一個用電壓來計算的信噪比數(shù)值，只不過分母是一個固定的數(shù)：0.775V，而分子則是噪聲電壓）。裝 訂 線由于信噪比和功率或者是電壓成對數(shù)關系，要提高信噪比的話便要大幅度地提高輸出值和噪聲值之比，舉例來說，當信噪比為100dB時，輸出電壓是噪聲電壓的一萬倍，以電子線路來說，這并不是一件容易的事。下面將列出信噪比的數(shù)值計算公式：設噪聲信號功率(或電壓)為PN(VN)，有用信號的額定輸出功率(或電壓)為Ps(Vs)，則定義信噪比SN為：SN20lg (Ps/ P)= 20lg (V s/ V) 一臺放大器如有高的信噪比意味著背景寧靜，由于噪聲電平低，很多被噪聲掩蓋著的弱音細節(jié)會顯現(xiàn)出

40、來，使空氣感加強，動態(tài)范圍增大。放大器的信噪比一般來說以大約85dB以上為佳，低于此值則有可能在某些大音量聆聽情況下，在音樂間隙中聽到明顯的噪音。 2.2.5瞬態(tài)響應瞬態(tài)響應是指放大器跟隨瞬態(tài)（猝發(fā)）信號變化能力大小的一種標準?，F(xiàn)代音樂中包括了很多此種信號，比如：打擊樂器彈撥樂器，都能產(chǎn)生猝發(fā)聲脈沖，即瞬態(tài)信號,當瞬態(tài)信號輸入到音頻功率放大器輸入端時,如果放大器的瞬態(tài)響應差,其輸出就跟不上圖2.2：瞬態(tài)響應不良時的波形瞬態(tài)信號的變化,猝發(fā)信號的包絡將產(chǎn)生畸變，這就是瞬態(tài)失真。我們平時測量瞬態(tài)響應常用方波信號，當方波信號輸入放大器時，如果輸出信號的波形是方波，說明放大器的瞬態(tài)響應良好。而瞬態(tài)反應

41、不良的就如圖2.2所示。若音頻功率放大器的瞬態(tài)響應良好，那么放音時鋼琴的聲音就特別悅耳，特別是跳躍式的短促音符，清晰度會增大。2.2.6轉(zhuǎn)換速率轉(zhuǎn)換速率SR主要是描述放大器對音源高頻分量的跟隨（反映）速度快慢的一項指標。SR和放大器的瞬態(tài)響應雷同。一個大SR的擴音機，它的高頻響應一定很出色，而且瞬態(tài)失真TD(transient distortion)和瞬態(tài)交互失真非常的小。轉(zhuǎn)換速率的單位是uV/s。要是一款HiEnd級功放，其SR值都能達到數(shù)十微伏/秒或者上百微伏/秒。這中放大器的通頻帶一般也都相當寬，跟隨頻率變化的能力也是相當?shù)膹?。裝 訂 線2.2.7動態(tài)范圍裝 訂 線功率放大器的動態(tài)范圍是

42、指最大音量與最小音量時所輸出的不失真功率的分貝值之差。對于高保真功放，其動態(tài)范圍應大于75dB。較好的功放應達到110dB。只有大的動態(tài)范圍才能使信號中的像雷電聲（110dB）和歌唱家的氣息聲以至唇齒聲（75dB）等如實還原。3 功放電源3.1 功放電源概述保證放音完美的最佳電源是理想電源。所謂理想電源就是電源內(nèi)阻為0歐，在任何負載情況下電壓恒定不變的電源。在實際應用中符合上述條件的理想電源并不存在，但是人們可以使其接近理想化。在對電源的設計制作中，應當以理想電源為標準，盡力滿足降低電源內(nèi)阻和提高電源電壓的穩(wěn)定度這兩個最基本的要求。我們都知道，在一臺高質(zhì)量的功率放大器中，需要電源系統(tǒng)能夠供給功

43、放電路平穩(wěn)純凈的電壓，因為我們都知道功放中的后級放大是相當大的倍數(shù)的，只要有一點點電流的雜波就有可能被放大幾十上百倍。這樣的話，我們就不是在聽音樂而是在“忍受噪音”了。功放電源的重要性由此可見一斑。所以對我們一般所見的功放電源進行探討很有必要，所以現(xiàn)在來探討一下如何才能制造出電壓穩(wěn)定、沒有雜波的電源系統(tǒng)。3.2 功放電源組成電源系統(tǒng)通常由變壓器、整流二極管、濾波電容器、穩(wěn)壓電路等構成。3.2.1電源變壓器 一臺好的功放必須有一只好的電源變壓器，這已經(jīng)是業(yè)內(nèi)的共識。但是選用什么樣的變壓器才能使功放的聲音更符合你的口味，對于不少初級DIY愛好者來說，也許并不是很清楚。本文簡述幾種常用電源變壓器，希

44、望能夠?qū)ο矚g焊機初入此道的發(fā)燒友有所幫助。 變壓器的出現(xiàn)已經(jīng)有100多年的歷史了，六十年代以前，世界上普遍使用的變壓器鐵芯結構為e形或c形，截面為矩形，采用插片式或中間切割工藝制造，鐵芯的質(zhì)量和一致性都很差。變壓器的電性能參數(shù)難以得到提高。隨著科學技術的進步，變壓器鐵芯的結構經(jīng)過了幾次大的改進。變壓器鐵芯材料也由熱軋低硅片發(fā)展到熱軋高硅片、冷軋取向硅片、非晶態(tài)合金片等。電磁性能參數(shù)也有了較大的提高。 在功放中最為常見的電源變壓器為EI型、環(huán)型，其次為雙柱型、r型、c型。（1）EI型EI型是最為常用和多見的，結構簡單.它的優(yōu)點是加工制作容易繞制方便，成本低廉，抗飽和性能好。缺點為漏磁大、同功率下

45、的體積重量偏大，轉(zhuǎn)換效率相對較低。 裝 訂 線EI型變壓器在音色上的聲音走向為厚重濃郁、溫暖醇和，音場層次、細節(jié)解析力一般。 當采用特殊的分層分段繞制方法后（即所謂的發(fā)燒繞制法），在細節(jié)和解析力上有顯著提高，而且高頻上的延伸感也非常出色，有別于其他類型的電源變壓器。如果在使用過程中再針對其缺點增加部分輔助改良措施，例如增加屏蔽罩，采用優(yōu)質(zhì)鐵芯和無氧銅線，科學合理的繞制方法等，這一最原始古老的電子器件，仍是非常出色的。許多世界名機例如麥精圖等一直在堅持沿用這一傳統(tǒng)的元器件。經(jīng)典的膽機制作也一直在沿用它。適合聽音口味上喜歡“唯美”的DIY愛好者選用。 裝 訂 線（2）環(huán)型變壓器環(huán)型變壓器是c型變壓

46、器之后開發(fā)出來的品種，磁路短，效率高，銅損與鐵損均小于EI型變壓器，體積和重量小，安裝使用方便。缺點為制作費用相對較高，抗直流飽和性能差。 環(huán)型變壓器在音色走向上為清爽亮麗、剛勁，音場層次、細節(jié)解析力、速度感優(yōu)于EI型。但在中頻的厚聲溫暖感上要遜色于EI型。由于環(huán)型變壓器具有一些優(yōu)異的性能特點，因此被廣泛的應用于各種檔次的功放之中。但是由于環(huán)型變壓器的抗直流飽和性能差，極易產(chǎn)生雜音干擾，因此在一些頂級功放中的應用又受到一定限制，尤其是一些純A類功放。近年來由于技術的進步，環(huán)型變壓器的這一先天缺點已經(jīng)逐步得到改善，在國外的一些高檔功放上環(huán)型變壓器的身影又多了起來。其他的變壓器不是那么常用，所以就

47、不再敘述了。 3.2.2整流二極管（整流橋） 整流二極管在電源中占有很重要的地位，它將交流電轉(zhuǎn)換成直流電。雖然許多人對快速恢復整流二及管大加推崇，但如在線性電源中使用普通二極管，并且在每一個二極管上并聯(lián)一個小電容，也同樣可以大大改善噪聲干擾 。 3.2.3濾波電容器 由于大容量的需求，電源系統(tǒng)中的濾波電容器清一色的都使用電解電容器 ，在功放中所見的電容器標法規(guī)格常有容量（uF）、工作電壓（V）、紋波電流（A）。一般功放中的總?cè)萘考s為100,00uF，或稍小一些。 那么是不是電容器就無限制地越大越好嗎？當然錢是個要考慮的因素，另一方面 ，越大的電容器也面臨著另一個問題，幾乎容量大的電解電容器都會

48、伴隨有微小的電感量，這是因為電解電容器本身是卷成螺旋狀包裝在鋁殼中制造而成的，這會導致其高頻特性劣化。3.2.5穩(wěn)壓及恒流電路 裝 訂 線對功放采用穩(wěn)壓電路供電是一個好方法，記得安裝位置也要正確，要置于濾波電容之前，其輸出直接接到濾波電容上，濾波電容的電容量也不可減少，不能因為采用了穩(wěn)壓措施就減少濾波電容。變壓器也一樣不能偷工減料?？傊娙?、變壓器得用上如同沒有使用穩(wěn)壓電路之前大小，才可得到穩(wěn)壓的效果。這樣的做法，需要花不少銀兩，因 此比較經(jīng)濟的做法是將功放的前級（電壓放大級等耗電少的部分）與功率放大級分開供電，僅對前級進行穩(wěn)壓供電，功率放大級則不作穩(wěn)壓。除了穩(wěn)壓之外，相對應也可以做恒流電源

49、的設計，供給放大線路固定的電流，則可得到穩(wěn)定、無波動的電壓，若線路的前級再配上穩(wěn)壓電路的話，更是可以得到意想不到效果。裝 訂 線3.3 整流濾波電路我們所用的功放需要的電源都是先將交流市電經(jīng)變壓器降壓或升壓后，通過整流器變?yōu)槊}動直流電，然后經(jīng)過電容、電感、電阻或三極管構成的濾波電路濾波，使之變?yōu)椴y系數(shù)很小的平滑直流電，方可為音響設備使用，以上的過程中涉及到了“整流”和“濾波”兩個過程。下面介紹下整流濾波電路。3.3.1半波整流濾波電路半波整流濾波電路可由圖3.l所示的半導體二極管構成。由于二極管D的單向?qū)щ娦?，只有在變壓器B次級電壓U2為正半周時，才有電流流過負載，在負載兩端形成圖3.2曲線

50、a所示的單向脈動直流電壓，故稱半波整流。其輸出電壓的平均值：ULUm20.318Um2式中，Um2為交流電壓U2的峰值。在這個脈動電壓中，除了直流分量之外，還含有大量的交流分量。我們可以從圖3.2中的a部分很清楚的看到，可見，半波整流電路輸出電壓的交流分量比直流分量還要大，這樣的脈動直流電是不能直接用于音響設備的，須在電路輸出端加接濾波電路，所以加入一個濾波電路，它一般由電容、電感、電阻及三極管構成，其中最簡單常用的是加接濾波電容如圖3.1中的電容C。這樣，由于電容具有充放電作用，當二極管導通時，電壓U2同時向電容C充電，使電容兩端的電壓接近U2的峰值Um2；當二極管截止時，電容C則向負載RL

51、緩慢放電，直至UcU2時，二極管才再次導通，C再次被充電，使Uc再次升高（此處Uc所指是電路加在濾波電容C上的電壓）。如此反復地充放電。負載兩端的電壓波形就變成因3.2曲線b所示的形狀，比未加濾波電容時平滑多了，但仍存在少量的交流分量。這種采用電容濾波的整流電路，稱為容性負載整流電路。裝 訂 線 裝 訂 線3.1半波整流濾波電路 3.2 半波整流濾波電路波形 3.3.2全波整流濾波電路半波整流電路盡管加了電容濾波，輸出電壓的紋波系數(shù)（紋波系數(shù)是指交流分量有效值與直流分量的比值）仍偏大，因而不能用于音頻功放電路中，為了獲得更小的波紋系數(shù)，滿足高保真放大器的需求，可采用如圖3.3所示的全波整流濾波

52、電路，它是采用雙二極管整流的電路。為實現(xiàn)全波整流，電源變壓器B次級繞組應具有中心抽頭0(實際運用時，0端應接地)。這樣，當次級繞組l端為正時，2端便為負，D導通，而截止，負載有電流ID流過；當1端為負，2端為正時，D截止，而導通，負載又有電流流過。可見，不管次級繞組是處于正半周還是負半周狀態(tài)，負載均有單向脈動直流電流過。當未接濾波電容時，其輸出電壓波形如圖3.4曲線所示。 3.3全波整流濾波電路 3.4全波整流濾波電路波形從波形比較我們就可以看出，全波整流濾波電路輸出的脈動電壓平均值為半波整流電路的2倍，即：UL2Um0636Um2由于輸出電壓的平均值ULUm（10.25fRLC）所以我們知道

53、，增大濾波電容C的容量，可以減小波紋系數(shù)（紋波系數(shù)0.144/ fRLC）,提高輸出電壓的平均值，這是優(yōu)點，而且，使用大的濾波電容時，由于放電時間常數(shù)較大，應付瞬間大動態(tài)信號時可起到“ 儲水池”的作用。但是電容加大了，充電時間常數(shù)也變大了。當瞬間大信號消耗了電容的能量后，如此會導致電壓的恢復時間變長，使后繼信號的輸出疲軟，給人以后勁不足之感。此外，濾波電容過大時，開機浪涌電流也過大，很容易損壞整流管?？梢?，濾波電容并不是越大越好，選用時要講究科學，避免浪費。如果將加大電容增加的費用，用于電源變壓器增容，效果一定會更好。3.3.3橋式整流濾波電路裝 訂 線該電路如圖3.5所示。裝 訂 線圖3.5

54、 橋式整流濾波電路其特點是整流器由四只橋接的二極管構成，故次級繞組無論在正半周還是負半周期間，橋的兩臂均有一只二極管正向?qū)?。所以與全波整流一樣，在一個周期的正負半周均有同一方向的電流流經(jīng)負載。其輸出電壓波形、電壓平均值以及波紋系數(shù)的計算方法都與全波整流電路相同。我們可以參考上面提及的全波整流的公式。 橋式整流電路雖然多用了兩只二極管、但電路的反向電壓由兩只二極管串聯(lián)來共同承受，二極管的耐壓可減小一半。此外，該電路流經(jīng)次級繞組的電流為正弦波，變壓器無直流磁化現(xiàn)象，鐵芯不易飽和，變壓器的體積可更小一些。所以這種整流濾波電路應用最為廣泛。下面我列出以上幾種常用整流濾波電路的特性參數(shù)如表3.l所示。

55、 表3.1 常用整流濾波電路特性參數(shù)電路形式半波整流電容濾波全波整流電容濾波橋式整流電容濾波交流輸入電壓有效值(U2) U2U2+ U2 負載開路時的輸出電壓U2U2U2帶負載時輸出電壓近似值（UL） U2 1.2U2 1.2U2每個二極管反相峰值電壓（UR）2U22U2U2每個二極管直流電流（Im） Im 0.5Im0.5Im 裝 訂 線裝 訂 線3.4 穩(wěn)壓電路3.3中介紹的整流濾波電路用于給功率放大器供電可以確保系統(tǒng)性能的發(fā)揮，但是如果用來直接為前置放大器供電，其波紋系數(shù)偏大，會影響放大器的信噪比指標。所以高質(zhì)量的前置放大器，一般都要采用穩(wěn)壓電源供電，即主整流濾波電路的輸出電壓經(jīng)一個穩(wěn)壓

56、電路穩(wěn)壓之后，再供放大器使用。這樣，所輸出的直流電壓不僅波紋系數(shù)更小，而且相當穩(wěn)定，不會受負載電流和市電變化影響、使放大器的信噪比和穩(wěn)定性大大提高。常用的穩(wěn)壓電路主要有以下幾種。二極管穩(wěn)壓電路串連型穩(wěn)壓型電路并聯(lián)型穩(wěn)壓電路集成穩(wěn)壓電路4 方案論證闡述及可行性分析4.1 設計要求(1)額定功率大于雙30w(2)總諧波失真小于0.5(3)頻率響應為40HZ到20KHZ(4)噪聲電壓小于5mv(5)整機效率大于504.2 方案論證根據(jù)設計的要求，結合我們前面對功率放大器的介紹，我們這個功率放大器可以用分立元件組成，也可以用集成電路完成。現(xiàn)在我就具體情況具體分析，針對我們這種音響初級制作者，分立元件的

57、方案比較有難度，因為做分立元件，要選好電路，參數(shù)恰當，元件性能優(yōu)秀，甚至要求一些元件具有極端的對稱性，而且最好還要制作調(diào)試得好才行。所以我選擇用集成芯片來做這個設計。下面我將在集成芯片這個范圍來選擇我的方案。裝 訂 線4.2.1音調(diào)芯片方案選定裝 訂 線音調(diào)控制芯片，這是因為一般語言和音樂，在重放音樂時所需的頻率范圍不同。語言放音的頻率范圍為100Hz到幾KHz, 交響樂放音的頻率范圍則大于40Hz14kHz，這樣它們對放大電路的頻響就要求不同。再加上放音環(huán)境的差異，每個人在聽覺上的習慣和愛好不同，所以在放大器中就需要加入音調(diào)控制電路，用它來按實際需求突出或減弱高音區(qū)或低音區(qū)，以及更高層次的3

58、D環(huán)繞聲，以期改善聽音效果。還有，人耳對不同頻率的聲音的靈敏度是不同的，所以要增加一個響度控制電路，將低頻信號的聲強提高。通過查閱圖書館的資料和網(wǎng)上搜索相關資源，初步?jīng)Q定使用美國NS公司的LM4610音調(diào)控制芯片，它是美國NS公司在前幾年推出的LM1036的換代產(chǎn)品。該芯片除了具有性能優(yōu)異的雙聲道直流電壓調(diào)節(jié)高低音調(diào)、平衡、音量功能外，還具有立體聲3D環(huán)繞聲場處理功能，可按使用者的愛好將立體聲三維聲場調(diào)至最理想狀態(tài)。但這種不是很常見的芯片一般在市場上不會很多，所以我決定去城南電子城實地考察了一下，比較幸運的是在電子市場上找到了唯一一家有賣這款芯片的商家，所以最終決定按計劃使用這款評價口碑不錯的

59、音調(diào)芯片。4.2.2前置放大器方案選定筆者認為，不同的運放，由于內(nèi)電路結構不向，失真成分也就可能有所差異，這種差異最終會以音色上的差別表現(xiàn)出來。就高保真而言，選用時以不帶個性的為好。然而現(xiàn)代音響多使用數(shù)碼音源，選用音色溫暖型的則可在一定程度上彌補其聲音偏干、偏冷的不足。從這個意義上講，高價的運放不一定就是最佳選擇，重要的是根據(jù)其音色特點是否能與整機或系統(tǒng)配合或取長補短來決定取舍。同時還要看它能否適應電路的工作條件或性質(zhì)。此外，由于人耳生理條件的限制，當器件的性能指標達到一定程度以上時，所帶來的音質(zhì)方面的改善已難以分辨。故盲目地追求高性能，結果可能適得其反、如選用的運放帶寬過大，元件排列、布線稍

60、有不當、就會導致自激；而有時則是種浪費，所得到的不過是心理上的滿足而己。而本設計要求噪聲電壓5mv，那么也就是說要求設計前置放大輸入交流短接到地時，RL=8的電阻負載上的交流噪聲電壓要低于5mv，因此要選用低噪聲運放。結合自己的經(jīng)驗，覺得選擇NE5532這款久負盛名的當年的“運放之皇”，雖然只是中低端的產(chǎn)品，但是其內(nèi)部為JFET（結型場效應管結構）,聲音特點總體來說屬于溫暖細膩型，驅(qū)動力強，恰好與我們要接的數(shù)碼音源的那種數(shù)碼聲相配合，減少數(shù)碼聲的味道。雖然說選擇有很多新的運放比NE5532更有“膽管聲”，但是到目前為止來說，NE5532以它在電壓，轉(zhuǎn)換速率，增益帶寬等方面的優(yōu)異指標，以及與LM